Кондуктометрическим методом

Растворения труднорастворимой соли

Определение термодинамических функций

Лабораторная работа

Растворения труднорастворимой соли кондуктометрическим методом

Определение термодинамических функций

Лабораторная работа

Лабораторные работы по физической химии

Цель работы: определить ПР, DH, DG и DS растворения труднорастворимой соли.

Общие положения

Зависимость растворимости от температуры выражается уравнением:

, (1)

где D Н – дифференциальная теплота растворения соли, Дж/моль; с – концентрация насыщенного раствора, моль/л; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль´град).

В насыщенном растворе существует равновесие между твердой солью и ее раствором:

МА ↔ М⁺ + А^-

Для этого процесса константа равновесия К_а выражается уравнением:

, (2)

где и – активность катиона и аниона; а_Т – активность твердой соли.

Известно, что активность твердой соли а_Т = 1, следовательно при данной температуре произведение есть величина постоянная и называется произведением растворимости:

. (3)

Принимая во внимание что, a_i=γ_ic_i записываем:

. (4)

Для труднорастворимых соединений, при отсутствии в растворе других ионов, коэффициент активности будет равен 1 и тогда произведение растворимости можно записать в виде:

. (5)

Если в растворе кроме труднорастворимого соединения присутствует заметное количество других ионов, активность нельзя считать равным концентрации и ПР рассчитывается по уравнению (4). В этом случае коэффициенты активности определяют с помощью закона Дебая – Хюккеля:

; (6)

где z_i – заряд иона; I – ионная сила раствора:

;

m_i – мольная концентрация i -го иона.

Уравнение (1) для бинарного (1-1 или 2-2 валентного электролита) может быть преобразовано:

. (7)

Дифференциальную теплоту растворения труднорастворимых соединений можно определить графически, построив график в координатах lnПР – 1/Т. По тангенсу угла наклона прямой к оси 1/Т находят дифференциальную теплоту растворения:

. (8)

Исходя из полученного значения ПР:

; (9)

. (10)

Одним из методов установления растворимости труднорастворимых соединений является метод электропроводности.

Найдя экспериментальную величину удельной электропроводности c_с раствора исследуемой соли, рассчитывают концентрацию ионов в растворе:

С=c_с /l₀ (11)

Учитывая температурную зависимость подвижностей катиона и аниона соли, находят эквивалентную проводимость раствора при бесконечном его разбавлении по уравнению:

, (12)

где a_к и a_а – температурные коэффициенты подвижности катиона и аниона при нормальной температуре.

Порядок проведения работы

Для определения электропроводности раствора труднорастворимой соли используют кондуктометр. Насыщенный раствор труднорастворимой соли готовят следующим образом. Небольшое количество соли растирают в ступке, помещают в плоскодонную колбу с притертой пробкой и два-три раза промывают дистиллированной водой для удаления легкорастворимых примесей. Отмытую соль заливают водой (100 мл) и, плотно закрывают колбу пробкой, непрерывно взбалтывать в течение 20 мин. Полученную суспензию отфильтровывают через стеклянный фильтр, а осадок используют для приготовления насыщенного раствора. Готовят еще такой же насыщенный раствор, и полученную суспензию отфильтровывают через осадок, специально нанесенный на фильтр. Такое фильтрование предупреждает образование пересыщенного раствора труднорастворимой соли. Раствор сливают в сосуд для измерения электропроводности, который погружают в термостат с температурой 30, 35, 40, 45°С, и после установления температуры раствора измеряют удельную проводимость раствора.

Таким образом, экспериментальная часть работы включает:

Приготовление насыщенного раствора труднорастворимой соли при температурах 30, 35, 40, 45°С и измерение c_р исследуемого раствора при этих же температурах.

Задания

1. Вычислить молярную проводимость исследуемого раствора при бесконечном разбавлении по уравнению (12) при нужных температурах.

2. По уравнению (11) определить растворимость соли, а по уравнению (4) найти ПР_Т для трех температур.

3. Построить график в координатах lnПР_Т – 1/Т и по уравнению (7) рассчитать дифференциальную теплоту (DН) растворения соли.

4. Используя уравнения (9) и (10) найти DG⁰ и DS⁰.

По итогам исследований вычислите абсолютную и относительную ошибки. Следует знать, что для перевода удельной электропроводности в систему единиц СИ нужно умножить ее на 10². Чтобы перевести эквивалентную электропроводность и мольную, нужно разделить ее на 10⁴ и умножить на зарядовое число молекул.

Дата добавления: 2015-05-10